一种全自动耐火材料空气急冷法抗热震性试验机

技术领域

本发明属于测试仪器类，涉及耐火材料抗热震性能测试装置，特别涉及一种全自 动耐火材料空气急冷法抗热震性试验机。

现有技术

耐火材料在使用过程中，经常会受到环境温度的急剧变化的作用，导致耐火材料 的损伤。其抵抗因温度急剧变化而导致损伤的能力，就是耐火材料的抗热震性，曾被称为热 震稳定性、抗热冲击性、抗温度急变性、耐急冷急热性等。它是其力学性能和热学性能在温 度变化条件下的综合表现。

耐火材料抗热震性的试验方法，包括水急冷法[中华人民共和国黑色冶金行业标 准YB／T376.1-1995耐火制品抗热震性试验方法（水急冷法）]和空气急冷法[中华人民共 和国黑色冶金行业标准YB／T376.2-1995耐火制品抗热震性试验方法（空气急冷法）；YB／T 2206.1-1998耐火浇注料抗热震性试验方法(压缩空气急冷法）]。

空气急冷法YB／T376.2-1995(《耐火材料标准汇编》第5版353-356）和YB／T 2206.1-1998(《耐火材料标准汇编》第5版366-369）分别适用于耐火制品和耐火浇注料， 除此之外，其他条款基本相同。

以YB／T376.2-1995为例。

该标准适用于YB／T376.1-1995水急冷法不适用的耐火制品,如碱性耐火制品、硅 质耐火制品、熔铸耐火制品、总气孔率大于45％的耐火制品以及与水相互作用或水急冷法 热震次数少难以判定抗热震性优劣的耐火制品。

该标准的方法原理：在规定的试验温度和压缩空气急冷介质下，一定形状和尺寸 的试样，在经受急热急冷的温度突变后，通过施加弯曲应力而断裂或喷吹爆裂时，所经历的 急热急冷循环次数，来确定耐火制品的抗热震性。

所用设备：①急热装置：炉内能容纳3块以上同时进行急热试验的加热炉，加热温 度可至950±10℃（技术条件,或供需合同规定的试验温度），且装样区内炉温均匀性应在± 10℃。②夹具：衬有石棉的铁钳和托板，将急热后的试样迅速地从炉内取出，放在急冷装置 的400㎜×250㎜×20㎜钢板上。③急冷装置：空气压缩机所产生的压缩空气（不应含水）经 直径8㎜、长5㎜的喷嘴（出喷嘴前的压力始终为0.1MPa）喷至急热后放在钢板上的试样上。 ④三点弯曲应力实验装置：能够对试样施加不小于0.3MPa的三点弯曲力，示值相对误差应 小于±2％；能够均匀地对试样施加荷载，并记录或指示其断裂时的最大的负荷；三点弯曲 装置由彼此相互平行的两个下刀口和一个上刀口组成，刀口的曲率半径为5±0.5㎜，上刀 口位于两个下刀口的中心线上，偏离中心不大于±2㎜，下道口的间距为100±1㎜。⑤电热 鼓风干燥箱：工作温度0～300℃。

其操作过程：①制取试样：试样为（114±3）㎜×（64±2）㎜×（64±2）㎜长方体，试 样长度方向的两相对面应平行，平行度允许偏差不大于0.5㎜，试样中部横切面的两对边平 行度允许偏差不大于0.2㎜。②试样于110±5℃或允许的较高的温度下干燥至恒重。③试样 急热过程：先放入预加热至250～300℃的电热干燥箱内至少保持2h。将加热炉预加热至950 ±10℃（技术条件，或供需合同规定的试验温度）保温15min后，迅速将试样移入炉膛内，立 即关闭炉门，炉温降低应不大于50℃。从第一个试样放入，5min内炉温恢复至950±10℃，试 样在此温度下保持30min，且应以一个长面放置，不得叠放，试样与试样、试样与炉壁其间隙 不小于10㎜。④试样急冷过程：用衬有石棉的铁钳和托板将试样从炉内取出，迅速以一个长 面紧靠定位销放在钢板上，使喷嘴正对着试样喷吹面的对角线交点，用压缩空气吹5min，压 缩空气为室温，应不含水滴，喷嘴前的压力始终为0.1MPa。⑤0.3MPa三点弯曲应力试验：试 样经压缩空气流急剧冷却5min后，立即取出，以喷吹面作为张力面，进行三点弯曲应力试 验，应均匀加荷，施加的最大弯曲应力为0.3MPa。⑥试样反复热交替过程：当试样经受住了 0.3MPa的三点弯曲应力，炉温恢复至试验温度时，即可将试样迅速移入炉内，反复上述过 程，直至试验结束。⑦结果处理：试样在急热急冷过程中爆裂无法再进行弯曲应力试验或在 三点弯曲应力试验中断裂，则终止试验；试样经受住了30次急热急冷循环，也可终止试验； 试样在弯曲应力实验时断裂或在急冷时爆裂无法再进行三点弯曲应力试验时的那次急热 急冷循环，作为有效计算；试样在急热过程中爆裂无法再进行三点弯曲应力试验的那次急 热急冷循环，不作为有效计算。用试样所经历的急热急冷循环次数，来确定耐火制品的抗热 震性。

测试用的装置中，急热用的加热炉、急冷用的急冷装置和三点弯曲应力试验装置 都是相互隔开来的单体设备，将试样移入和移出高温的加热炉、移至急冷装置处和三点弯 曲试验机处，都是人工用夹具（衬有石棉的铁钳和钢板）每次只能一个一个地移动操作。

现有技术的缺点：①主要设备为单体分置，靠人工操作，每次只能一个，不能连续， 不能自动控制。不仅费时费力，而且带入人工误差。②靠人工将试样移入、移出高温加热炉 或移至冷却装置、三点弯曲装置，劳动强度大、操作环境差，容易发生安全事故。

发明内容

本发明的目的是提供一种全自动耐火材料空气急冷法抗热震性试验机，用于克服 现有技术中设备单体分离、不能连续、费时费力、不安全等缺点。

本发明的目的可以采用如下的技术方案来实现：所述的一种全自动耐火材料空气 急冷法抗热震性试验机，包括急热用加热炉、空气急冷装置、三点弯曲应力试验装置、推样 机构及用于控制试验机的程控测试装置，在急热用加热炉内设置有导轨，在导轨上设置有 用于放置试样的载样滑板，推样机构通过其上的推杆与载样滑板连接，导轨经炉门口延伸 至炉外的空气急冷装置和三点弯曲应力试验装置处；所述推样机构通过推杆推动载样滑板 自急热用加热炉内沿导轨移动到三点弯曲应力试验装置和空气急冷装置位置，利用程控测 试装置控制进行试样的急热、压缩空气喷吹急冷、三点弯曲应力加荷试验，以实现自动控 制、自动测试和自动记录。

所述的导轨是耐火材料材质的，呈长方板状体，其上表面的长度方向上有互相平 行的两条半圆形条状轨道，轨道上放置载样滑板，载样滑板上顺长方向放置试样，导轨一端 敷设在急热用加热炉的底部中央，导轨另一端经炉门口延伸至炉外的空气急冷装置和三点 弯曲应力试验装置处。

所述的载样滑板为耐火材料制品,在其长度方向上具有一个及以上用于放置试 样的试样凹位，在试样凹位上垂直于试样长度方向设置有两根用于支撑试样的半圆形棱 条，半圆形棱条两侧分别设置有立柱；所述载样滑板的下表面有两条沿长度方向的半圆形 的贯通长槽，其半径大于导轨上表面的半圆形轨道的半径，长槽与导轨上表面的轨道相配 合。

所述的推样机构包括推杆、推进器和推样电机，推杆是两根耐火材料杆，推杆的前 端与载样滑板连接，后端固定在推进器的立板上端，立板的下部有三个圆孔，外侧的两个圆 孔在同一水平面上且半径相同，套在水平导向杆外，水平导向杆的前、后端分别固定在机架 上；中间的圆孔内表面为梯形内螺纹，与穿过其中的梯形丝杠相配合，梯形丝杠水平安装， 其前端通过轴承固定在机架上，梯形丝杠的后端连接在推样电机输出轴上，推样电机安装 在机架上，在连接推杆的立板的下端之前方设置一个前限位器、后方设置一个后限位器，分 别安装在机架上，推样电机、前限位器、后限位器均与程控测试装置相连。

所述的急热用加热炉后壁设置有两个圆孔，孔径大于推杆的直径，推杆穿过此孔； 炉门的下部与炉后壁圆孔对应位置留有两个半圆孔，半圆孔与推杆、轨道相配合。

所述的空气急冷装置设置在急热用加热炉门外、导轨的一侧，包括压缩空气源、稳 压器、可控阀门和喷嘴；所述喷嘴位于载样滑板平面之外上方，距离试样100㎜、对准试样喷 吹面的对角线交点，可控阀门由电控操作，其导线连接控制测试装置。

所述的三点弯曲应力实验装置，位于急热用加热炉门外、导轨的两侧，与空气急冷 装置相互交错安装，由一个或一个以上组合构成，每个组合具有三个弯曲应力压头；三个弯 曲应力压头垂直安装在载样滑板平面之外上方，与试样高度的同一水平面上，其中两个右 压头位于喷嘴的同侧，安装在同一右机座板上，另一个左压头设置在左机座板上，其在载样 滑板平面之外上方立柱的一侧；左、右两个机座板下端的均有三个圆孔，左机座板、两边的 圆孔套在导向杆上，中孔内有梯形螺纹，内配合有梯形螺纹丝杠。右机座板的下端也有三个 圆孔，两边的圆孔套在导向杆上，中孔内有梯形反螺纹，内配合梯形反螺纹丝杠；中间的丝 杠就是同一根丝杠，其上有正螺纹丝杠和反螺纹杠丝各一段，分别与其所配合的机座板的 正、反梯形螺纹内丝扣组成两个正反梯形螺纹丝杠组合；正反丝杠的前端以轴承连结在机 架上，正反丝杠的后端连接压样电机。

所述的三点弯曲应力实验装置，其单独的应力左压头设置有压力传感器，压力传 感器与程控测试装置连接。

所述的急热用加热炉，其炉门的一侧设置有一根炉门连接架，急热用加热炉的炉 壳上设置直线电机，炉门连接架与直线电机相连，在炉壳上沿直线电机运动的上、下方分别 安装有上限位器和下限位器，直线电机、上限位器和下限位器均与程控测试装置连接。

本发明的优点在于，①所述的试验机的主体结构中，急热用加热炉、空气急冷装置 和三点弯曲应力试验装置以导轨将它们贯通连接起来。实现了空气急冷法耐火材料抗热震 性测试方法中的急热、空气急冷、三点弯曲应力实验的连续、自动操作，提高了测试的准确 性，并且省时、省力，改善了劳动条件，提高了生产的安全性。②可以测试一个以上试样，提 高了测试效率，降低了测试成本。

附图说明

附图1为全自动三试样空气急冷抗热震性试验机结构示意图。

附图2为导轨结构示意图。

附图3为载样滑板的结构示意图。

附图4为推样机构正视图的结构示意图。

附图5为推进器下部的俯视示意图。

附图6为急热用加热炉的结构示意图。

附图7为空气急冷装置的结构示意图。

附图8为三点弯曲应力实验装置正视的结构示意图。

附图9为三点弯曲应力实验装置仰视剖面示意图。

附图10为急热用加热炉炉门机构的结构示意图。

图中，1—程控测试装置，2—推样机构，3—急热用加热炉，4—载样滑板，5—试样， 6—导轨，7—炉门，8—三点弯曲应力装置，9—空气急冷装置，10—压缩空气源，11—轨道， 12—长槽，13—立柱，14—棱条，15—试样凹位，16—推杆，17—推进器，18—立板，19—水平 导向杆，20—机架，21—梯形丝杠，22—推样电机，23—前限位器，24—后限位器，25—喷嘴， 26—稳压器，27—可控阀门，28.1—左压头，28.2—右压头，29.1—左机座板，29.2—右机座 板，30—正反丝杠，31—压样电机，32—支撑架，33—压力传感器，34—导向杆，35—上限位 器，36—直线电机，37—下限位器，38—炉门连接架，39—炉壳。

具体实施方式

结合附图，详细说明本发明的具体实施例。

本实施例公开了一种全自动三试样耐火材料空气急冷法抗热震性试验机。

如图1所述的全自动耐火材料空气急冷法抗热震性试验机，包括急热用加热炉3、 空气急冷装置9、0.3MPa三点弯曲应力试验装置8、推样机构2及用于控制试验机的程控测试 装置1。所述的推样机构2设置在急热用加热炉3一侧的机架上，空气急冷装置9和三点弯曲 应力试验装置8设置在急热用加热炉3另一侧的机架上，在急热用加热炉3内设置有导轨6， 在导轨上设置有用于放置试样5的载样滑板4，推样机构2通过其上的推杆16与载样滑板4连 接，导轨6经炉门7口延伸至炉外的空气急冷装置9和三点弯曲应力试验装置8处；所述推样 机构2通过推杆推动载样滑板4沿导轨6移动到三点弯曲应力试验装置8和空气急冷装置9位 置，利用程控测试装置1控制进行急热、压缩空气喷吹急冷、三点弯曲应力加荷试验，以实现 自动控制、自动测试和自动记录。

如图2所示：所述的本实施例导轨6，是高铝质耐火制品，呈长方板状体，其上表面 的长度方向上有互相平行的两条半圆形条状轨道11，轨道11上放置载样滑板4，载样滑板4 上顺长方向放置试样5。导轨6敷设在急热用加热炉3的底部中央、并经炉门7延伸至炉外的 空气急冷装置9和三点弯曲应力试验装置8处。

如图3所示：本实施例的载样滑板4,是在长度方向上具有三个试样凹位15的高铝 质耐火制品，每个试样凹位15順长方向上可载一个试样5，此段形成凹状平槽，在平槽的上 表面中部、垂直于试样5长度方向有两根用于支撑试样5的半圆形棱条14，在背离压缩空气 喷嘴25的试样凹位15的平槽平面边缘上设两个立柱13，立柱13分立于两个棱条14的两侧； 载样滑板4的下表面有两条沿长度方向的半圆形的贯通长槽12，其半径大于导轨6上表面的 半圆形轨道11的半径，此长槽12与导轨6上表面的轨道11相配合。

如图4和图5所示：所述的推样机构,是由推杆16和推进器17组成；推杆16是两根 硅碳棒杆，推进器17为钢质，推杆16的前端与载样滑板4连接，后端固定在推进器17的立板 18上端，立板18的下部有三个圆孔，外侧的两个圆孔在同一水平面上且半径相同，套在水平 导向杆19外，水平导向杆19的前后端分别固定在机架20上；中间的圆孔内表面为梯形内螺 纹，与穿过其中的梯形丝杠21相配合，梯形丝杠21水平安装，其前端以轴承固定在机架20 上，梯形丝杠21的后端链接在推样电机22输出轴上，推样电机22安装在机架20上，在连接推 杆16的立板18的下端之前方设置一个前限位器23、后方设置一个后限位器24，分别安装在 机架20上，推样电机22、前限位器23、后限位器24均与程控测试装置1相连。

如图6所示：所述的急热用加热炉3，为普通电加热炉，其后壁留有两个圆孔，孔径 大于推杆16的直径，推杆16穿过此孔；炉门7下部的对应位置留有两个半圆孔，半圆孔与推 杆16、导轨6相配合。

如图7所示：所述的空气急冷装置9，位于急热用加热炉3门外、导轨6的一侧，由压 缩空气源10、稳压器26、可控阀门27、喷嘴25组成，喷嘴25和可控阀门27是三个，分别组成三 个空气急冷装置9；喷嘴25位于载样滑板4平面之外上方、远离试样凹位15的两个立柱13、距 离试样5100㎜、对准试样5喷吹面的对角线交点，可控阀门27由电控操作，其导线连接程控 测试装置1。

如图8、图9所示：所述的三点弯曲应力实验装置8，全部为钢质制品，位于急热用加 热炉3门外、导轨6两侧，与空气急冷装置9在相同空间、相互交错安装，有三个组合，每个组 合有三个弯曲应力压头；三个弯曲应力压头垂直安装在载样滑板4平面之外上方、相当于试 样5高度的同一水平面上，其中两个右压头28.2位于喷嘴25的同侧，安装在同一右机座板 29.2上，另一个左压头28.1设置在左机座板29.1上，其在载样滑板4平面之外上方立柱13的 一侧；左、右两个机座板下端的均有三个圆孔。左机座板29.1两边的圆孔套在导向杆34上， 中孔内有梯形螺纹，内配合有梯形螺纹丝杠。右机座板29.2的下端也有三个圆孔，两边的圆 孔套在导向杆34上，中孔内有梯形反螺纹，内配合梯形反螺纹丝杠；中间的丝杠就是同一根 丝杠，其上有正螺纹丝杠和反螺纹杠丝各一段，分别与其所配合的机座板的正、反梯形螺纹 内丝扣组成两个正反梯形螺纹丝杠30组合；正反丝杠30的前端以轴承连结在机架20上，正 反丝杠30的后端连接压样电机31。

所述的三点弯曲应力实验装置8，其单独的左压头28.1装有压力传感器33，压力传 感器33与程控测试装置1连接。

如图10所示：所述的急热用加热炉3的其炉门7的一侧设置有一根炉门连接架38， 炉门连接架38与一个直线电机36相连，直线电机36安装在急热用加热炉3的炉壳39上，在炉 壳39上沿直线电机36运动的上、下方分别安装上限位器35和下限位器37，直线电机36、上限 位器35和下限位器37均与程控测试装置1连接。

操作要点：

严格执行《中华人民共和国黑色冶金行业标准耐火制品抗热震性试验方法（空气急冷 法）YB/T376.2—1995》和《中华人民共和国黑色冶金行业标准耐火浇注料抗热震性试验 方法（压缩空气流急冷法）YB/T2206.1—1998》。

⑴试样制备

按GB10325规定取样（浇注料按GB/T17617规定取样）。

形状尺寸：采用（114±2）㎜ⅹ（64±2）㎜ⅹ（64±2）㎜长方体试样5。

⑵试样干燥

试样在电热干燥箱内于110±5℃（或允许的较高的温度下）干燥至恒重。干燥后的试样 5，放入预加热至250～300℃的电热干燥箱内至少保持2h。

⑶试样急热过程

①将急热用加热炉3预加热至950±10℃（技术条件，或供需合同规定的试验温度）保温 15min；与之同时，上升炉门7，启动推样机构2的推样电机22使载样滑板4移出急热用加热炉 3炉膛，落下炉门7，迅速将三个试样5自电热干燥箱内按编号放在载样滑板4的试样凹位15 内。

②上升炉门7，启动推样机构2的推样电机22，将载样滑板4拉进急热用加热炉3炉 膛，落下炉门7，立即使炉膛的温度恢复至950±10℃，并保持30min。试样5在炉内是以一个 长面放置，试样5与炉壁之间间隙不小于10㎜。

⑷试样急冷过程

完成保温后，立即上升炉门7，同时启动推样机构2的推样电机22，将载样滑板4推出急 热用加热炉3至空气急冷区域。启动压缩空气源10、稳压器26、可控阀门27，使压缩空气在出 喷嘴25前始终为0.1MPa，喷嘴25距试样5喷吹面中心约100㎜、正对试样5喷吹面的对角线交 点，用压缩空气吹5min.

⑸三点弯曲应力试验

急冷之后，立即启动三点弯曲应力试验机构8的压样电机31，带动两个正反梯形丝杠30 组合、左右两个机座板、两个右压头28.2和另一个左压头28.1相向而行，接触试样5后均匀 加压，由一个左压头28.1内的压力传感器33测压，施加的最大弯曲应力为0.3MPa.

⑹试样反复热交替过程

当试样5经受住了第一次0.3MPa的三点弯曲应力后，重复入炉、急热、出炉、急冷、施压 的过程。

⑺结果处理

三个试样5由各自测控系统测控记录。

当其中一个试样5在弯曲应力试验时断裂或在急冷时爆裂无法再进行三点弯曲应 力试验时的那次急热急冷循环，对于那个试样5作为有效计算。试样5在急热过程中爆裂无 法再进行三点弯曲应力试验的那次急热急冷循环，对于那个试样5不作为有效计算。

三个试样5分别测试记录，以各自的有效循环次数记为抗热震性的结果。

本发明未详述部分为现有技术。